一种锂镁复合电极材料、锂金属电池、及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锂镁复合电极材料、锂金属电池、及制备方法和应用；所述制备方法包括步骤：S1，将锂金属和镁粉进行机械混合处理，使所述镁粉分散于所述锂金属中，得预处理物；所述锂金属在所述预处理物中的质量占比为50~95%，所述镁粉在所述预处理物中的质量占比为5~50%；S2，对所述预处理物在真空或保护气氛的保护下进行热处理，得所述锂镁复合电极材料；所述热处理的温度为90~200℃，所述热处理的时长为0.1~100h。本发明专利技术提供的电极材料孔效应明显、能促进锂均匀沉积、界面钝化较小、循环稳定性优异。性优异。性优异。

【技术实现步骤摘要】
一种锂镁复合电极材料、锂金属电池、及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种锂镁复合电极材料、锂金属电池、及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂金属电池的成功商业化，使便携式电子产品和电动载运车辆有了快速的发展和长足的进步。但随着科技的发展，不同行业对电池性能提出了更高的要求，传统的石墨负极（372 mAh/g）已经很难满足新一代高比能电池对负极材料的需求。
[0003]锂金属负极具有高容量（3860 mAh/g）、低电势（
‑
3.040Vvs 标准氢电极）和低的密度（0.53 g/cm2），成为了下一代高比能电池发展的一个很重要的负极材料。锂金属负极具备如此优异的电化学性能，却一直未能商业化，主要因为锂的高活性和不均匀沉积，不但恶化电池电化学性能，导致电池的循环稳定性差，并且锂的不均匀沉积可能刺破隔膜导致电池短路，产生燃烧爆炸等潜在危险。
[0004]为了改善上述情况，公开号为CN106784770A的中国专利技术专利采用熔炼方法，制备了15~35wt%镁含量的锂镁合金，并用于锂硫电池。虽然该专利中的技术方案可以一定程度上促进锂均匀沉积和改善锂硫电池负极的循环稳定性；但是，该专利的技术方案会导致电极材料的孔效应不明显，且电极界面容易钝化失活。
[0005]鉴于此，有必要提供一种锂镁复合电极材料、锂金属电池、及制备方法和应用，以解决或至少缓解上述孔效应不明显和易钝化失活的技术缺陷。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的是提供一种锂镁复合电极材料、锂金属电池、及制备方法和应用，旨在解决上述孔效应不明显和易钝化失活的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种锂镁复合电极材料的制备方法，包括步骤：S1，将锂金属和镁粉进行机械混合处理，使所述镁粉分散于所述锂金属中，得预处理物；所述锂金属在所述预处理物中的质量占比为50~95%；所述镁粉在所述预处理物中的质量占比为5~50%；S2，对所述预处理物在真空或保护气氛的保护下进行热处理，得所述锂镁复合电极材料；所述热处理的温度为90~200℃，所述热处理的时长为0.1~100h。
[0008]进一步地，所述镁粉的粒径不大于100目筛网对应的孔径。
[0009]进一步地，所述机械混合处理包括：对所述锂金属和所述镁粉共同进行轧制。
[0010]进一步地，所述机械混合处理还包括：在进行所述轧制之前，对所述锂金属和所述镁粉进行预混合。
[0011]进一步地，所述预处理物呈片状。
[0012]本专利技术还提供一种锂镁复合电极材料，采用如上述任意所述的制备方法进行制备。
[0013]本专利技术还提供一种如上述任意所述的锂镁复合电极材料在锂金属电池中的应用。
[0014]本专利技术还提供一种锂金属电池，包括：正极、负极和电解液，所述负极包括如上述任意所述的锂镁复合电极材料；所述正极中含有硫化聚丙烯腈、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、钛酸锂、钴酸锂中的一种或多种。
[0015]进一步地，所述电解液中包括锂盐和有机溶剂；所述锂盐包括六氟磷酸锂，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯。
[0016]进一步地，所述电解液中还包括添加剂；所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯。
[0017]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：本专利技术基于锂金属和镁粉，获得了一种锂镁复合电极材料。具体地，本专利技术通过对锂金属和镁粉依次进行轧制等机械混合处理和90~200℃的热处理，使得锂镁复合电极材料的孔效应明显，促进锂均匀沉积和防止电极开裂效果显著，界面钝化较小，循环稳定性优异；在大电流密度（2 mA/cm2）和高沉积量（2 mAh/cm2）下，稳定时间依然可达2000h；且在用于锂硫电池时，本专利技术提供的锂镁复合电极材料在充放电循环500次后，依然能保持95%的电池容量；由此，本专利技术取得了意料不到的技术效果。此外，本专利技术采用的热处理温度不高于200℃，还能够节约能耗。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0019]图1为实施例3中Li40M、Li40PM和Li40PM（200目）在脱锂实验后的宏观展示图；其中，（a）为Li40M在脱锂实验后的宏观展示图；（b）为Li40PM在脱锂实验后的宏观展示图；（c）为Li40PM（200目）在脱锂实验后的宏观展示图；图2为实施例3中Li40PM和Li40PMRT在脱锂实验后放大5000倍的电镜图；其中，（a）为Li40PM在脱锂实验后的电镜图；（b）为Li40PMRT在脱锂实验后的电镜图；图3为实施例4中Li、Li10PM和Li25PM在充放电循环前和循环后的对比图；其中，（a）为Li在充放电循环前和循环后的对比图；（b）为Li10PM在充放电循环前和循环后的对比图；（c）为Li25PM在充放电循环前和循环后的对比图；图4为实施例4中Li40PM、Li40M和Li40PMRT在充放电循环前和循环后的对比图；其中，（a）为Li40PM在充放电循环前和循环后的对比图；（b）为Li40M在充放电循环前和循环后的对比图；（c）为Li40PMRT在充放电循环前和循环后的对比图；图5为实施例5中Li、Li10PM、Li25PM、Li40PM、Li40M和Li40PMRT在充放电循环实验后放大1000倍的表面形貌图；其中，（a）为Li的表面形貌图；（b）为Li10PM的表面形貌图；（c）为Li25PM的表面形貌图；（d）为Li40PM的表面形貌图；（e）为Li40M的表面形貌图；（f）为Li40PMRT的表面形貌
图；图6为实施例6中Li在C0电解液中进行充放电循环实验的循环稳定性效果图；图7为实施例6中Li40M在C0电解液中进行充放电循环实验的循环稳定性效果图；图8为实施例6中Li40PMRT在C0电解液中进行充放电循环实验的循环稳定性效果图；图9为实施例6中Li40PM在C0电解液中进行充放电循环实验的循环稳定性效果图；图10为实施例7中Li在C0FEC电解液中进行充放电循环实验的循环稳定性效果图；图11为实施例7中Li10PM在C0FEC电解液中进行充放电循环实验的循环稳定性效果图；图12为实施例7中Li25PM在C0FEC电解液中进行充放电循环实验的循环稳定性效果图；图13为实施例7中Li40PM在C0FEC电解液中进行充放电循环实验的循环稳定性效果图；图14为实施例7中Li40PM（200目）在C0FEC电解液中进行充放电循环实验的循环稳定性效果图；图15为实施例8中Li、Li10PM、Li25PM、Li40PM和Li40M在进行充放电循环前的界面阻抗对比图；图16为实施例8中Li、Li10PM、Li25PM、Li40PM和Li40M在C0电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂镁复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1，将锂金属和镁粉进行机械混合处理，使所述镁粉分散于所述锂金属中，得预处理物；所述锂金属在所述预处理物中的质量占比为50~95%；所述镁粉在所述预处理物中的质量占比为5~50%；S2，对所述预处理物在真空或保护气氛的保护下进行热处理，得所述锂镁复合电极材料；所述热处理的温度为90~200℃，所述热处理的时长为0.1~100h。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镁粉的粒径不大于100目筛网对应的孔径。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械混合处理包括：对所述锂金属和所述镁粉共同进行轧制。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述机械混合处理还包括：在进行所述轧制之前，对所述锂金属和所述镁粉进行预混合。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅毅，苏长青，娄瑾，刘欣乔，杨光宇，
申请(专利权)人：湖南工商大学，
类型：发明
国别省市：